用于燃气轮机的环形燃烧室的燃烧器装置

摘要

在用于燃气轮机(10)的环形燃烧室(11)的燃烧器装置中，多个燃烧器(14，15)分别成对地在径向上上下叠置地安置在同心的环上。在这种燃烧器装置中，一个燃烧器对中的两个燃烧器(14，15)与平行位置偏离地这样定向：它们的燃烧器轴线(17)沿流动方向相互逐渐靠近。通过此提高了气轮机壳体的机械完整性并优化了燃烧室的运行。

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及根据权利要求1前序部分的一种用于燃气轮机的环形燃烧室的燃烧器装置。

一种这样的燃烧器装置例如从EP-A1-0597138中已知。

背景技术

当前，用于燃气轮机的、带有唯一一排燃烧器的环形的低NO_X(EV-)燃烧室(EV＝Environmental，环境)属于经过考验的技术(例如见F.Joos et al.“Development of the sequential combustion system forthe GT24/GT26 gas turbine family”，ABB Review，1998第4期，第4-16页)。在这种燃气轮机/燃烧室中，可通过气轮机外壳体上的相应操作开口将燃烧器取出。

另外的燃气轮机(例如申请人的GT13E型)在环形的燃烧室中具有双排的燃烧器装置，如同例如在开头提到的文献EP-A1-0597138的附图1和3中表示的。按那里所描述的形式(具有平行定向的燃烧器对)只能实现一种这样的双排装置，因为这些燃烧器不能被向外取出，而是被朝向燃烧室内取出。为此燃烧室必须足够大并且必须能够通过一个专门的人孔来从外面接触到(见EP-A1-0597138的附图2和所属的说明)。在这种情况下气轮机壳体上的用于输送燃气的开口可以构成得较小。

在这种已知的双排燃烧器装置中不利的是，为了更换燃烧器必须要求能够通过相应的人孔接触到燃烧器，这在结构上是费事的。在这种技术方案中不利的还有燃烧器更换过程费时间。但在气轮机壳体上设置操作开口，通过它可将燃烧器简单地向外取出，则又产生了关于气轮机壳体机械完整性方面的问题。气轮机壳体必须满足一定的机械要求并且应当在压力和热负荷下不产生变形或裂缝。因此必须注意气轮机外壳体上的这种操作开口之间的最小距离。这正好对于双排的燃烧器装置具有重要意义。

此外对于每个燃烧室期望的是，热气在初级区域中被很好地混合。因此，就是对于双排或更高排的燃烧器装置，必须找到得到在部分负载运行时即已足够的混合的途径，燃烧器在这种部分负载运行时分级运行。

最后要注意的是，燃烧器在燃烧室的内衬上产生“热点”，在那里，从燃烧室中流出的热气冲击到壁上。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种用于环形燃烧室的双排燃烧器装置，它使得能够在不影响气轮机壳体机械完整性的情况下将燃烧器穿过气轮机壳体直接向外取出，改善热气在燃烧室内的混合，降低燃烧室壁上的热负荷。

该任务通过权利权利要求1的特征的总和解决。本发明的核心在于，两个燃烧器排中的燃烧器不是以其燃烧器轴线较长地相互平行地定向，而是使其沿流动方向相互逐渐靠近。由此，逆着流动方向朝向气轮机外壳体产生一个逐渐增大的(侧面的)燃烧器轴线间距离，这导致气轮机外壳体上的用于燃烧器的操作开口的距离增大，从而导致对壳体的机械削弱明显减小。由于燃烧室中的燃烧器轴线相互逐渐靠近，从燃烧器流入燃烧室中的气体的相互作用也更强烈，这导致混合的改善。同时，通过燃烧器的彼此相向倾斜，热的燃烧器气体在处于外面的燃烧室壁上的撞击降低，使得壁的热负荷下降。

在此有利的是一种“对称”的燃烧器装置，其特点在于，一个燃烧器对中的两个燃烧器安置在燃烧室横截面的中心轴线的两侧，这两个燃烧器的燃烧器轴线与该中心轴线分别围成一个大于0°并且小于90°的角度。

其它实施方式由从属权利要求中得出。

附图说明

下面借助实施例结合附图详细解释本发明。唯一的附图以一个局部表示出一个燃气轮机的剖面，它具有一个环形燃烧室和一个按照本发明优选实施例的两排的燃烧器装置。

具体实施方式

在附图中表示出一个燃气轮机的燃烧室的一个剖面，它具有一个按照本发明优选实施例的燃烧器装置。对于燃气轮机10，只表示出了其位于气轮机轴线上方的一个局部，该燃气轮机具有一个气轮机外壳体13，它包围一个被填充了压缩空气的压力空气空间12和一个安置在压缩机部分和涡轮机部分之间的燃烧室11。燃烧室11相关于气轮机轴线环形地构成。在其入口侧的顶部室27中安置了成两排叠置的燃烧器14，15，它们按已知的方式作为双锥燃烧器构成并且通入燃烧室11中。燃烧器14，15构成共轴线的环，与在EP-A1-0597138的附图3中描述的相似(但具有不同的偏移)。顶部室27向外(朝向压力空气空间12)通过一个燃烧室壳体18被封闭。在燃烧室壳体18上为燃烧器14，15设置了相应的开口，通过它们可将燃烧器14，15向外取出。在燃烧器14，15自身上安置了凸缘19，20，燃烧器14，15借助它们通过螺纹牢固地连接在燃烧室壳体18上，它们同时将所述开口封闭。位于更外面的气轮机外壳体13同样设置了开口21，22，通过它们可将燃烧器14，15直接和完全地向外取出。

此时重要的是，成对叠置地安置的燃烧器14，15不是以其燃烧器轴线17较长地相互平行地定向，而是这样相互倾斜地被装入：燃烧器轴线17沿流动方向(在附图中向左)彼此逐渐靠近。这种倾斜最好关于燃烧室横截面的中心轴线25对称地构成：每个燃烧器14，15以其燃烧器轴线17自中心轴线25倾斜开相同的角度α。在附图所示的实施例中，角度α约为5°。该角度一般大于0°并且小于90°。

通过燃烧器14，15的相互倾斜，燃烧室壳体18上的开口之间和气轮机外壳体13上的开口21，22之间的中间区域23，24扩宽，由此，为固定装置提供了位置并且明显提高了壳体的机械稳定形。通过倾斜还提高了相邻燃烧器14，15的火焰28之间的相互作用，这使得热气体的混合改善。最后，由于燃烧器14，15的倾斜，火焰28较弱地冲击到燃烧室11的内衬元件和外衬元件29和30上，由此明显降低了该区段的热负荷。

借助本发明总体得到如下效果和优点：

在燃烧器排之间具有足够的位置，以便将附属的凸缘与壳体或支座螺纹连接；

合适的燃烧器装置导致气轮机外壳体上的操作开口的间距较大，由此使开口分布区域中的机械应力集中降低；

在预混合运行中，下面的(内部的)和上面的(外部的)燃烧器排之间的混合被强化；

火焰与内、外衬元件之间的距离增大，由此使得该区段的局部热负荷减小。

                        附图标记

10            燃气轮机

11            燃烧室

12            压力空气空间

13            气轮机(外)壳体

14，15        燃烧器(双锥燃烧器)

16            初级区域(燃烧室)

17            燃烧器轴线

18            燃烧室壳体

19，20        凸缘

21，22        开口

23，24，26    中间区域

25            中心轴线(燃烧室横截面)

27            顶部室

28            火焰

29            衬元件(内部)

30            衬元件(外部)

α                          角度